Half a century of research on diatoms in athalassic habitats in central Poland

The authors would like to dedicate this paper to Prof. Marcin Pliński who started the phycological research in these unique habitats of Central Poland.Part of the geology in the Łódź province was formed during the Upper Permian period when rich Zechstein salt was deposited. Groundwater drains the deposits and flows out in the village of Pełczyska, creating a unique hydrogeological site in Central Poland. An inland, athalassic ecosystem can be a reference site for halophile microflora. The outflow with surrounding marshes has been an algological research site since 1964. The research reveals changes recorded in diatom assemblages from athalassic habitats, characterized by a wide range of salinity levels, and verifies the tolerance of taxa to salinity. The comparative analysis was based on the diatom material sampled in 1964-1965, 1992-1994 and on recently collected samples. The analysis revealed the temporal change in assemblages caused by a change in the chloride concentration, and the spatial change from one to another habitat type, characterized by varying salinity levels. The halophilic species in the studied habitats included e.g. Halamphora dominici, H. tenerrima, Navicula digitoconvergens, N. meulemansii, Staurophora salina. The analysis of changes allowed the verification of the species’ requirements and tolerance range to the salinity factor. Therefore, in the case of Fragilaria famelica and Halamphora sydowii, we propose a change in the halobion system classification

Species diversity and autecology of diatoms in aquatic ecosystems of anthropogenic origin

Okrzemki (Bacillariophyta) od pierwszej połowy XX wieku są wykorzystywane jako organizmy bioindykacyjne w ocenie jakości wód powierzchniowych. Rozwój technik analiz mikroskopowych oraz badań w dziedzinie genetyki sprawił, że liczba opisywanych nowych gatunków tej grupy glonów w ostatnich latach szybko wzrasta. Prace taksonomiczne, w których opisywany jest nowy takson nie zawsze zawierają informację o jego autekologii. Takie dane pozyskiwane są dopiero wtedy, gdy takson ten jest notowany w innych ekosystemach, w różnych regionach świata. Ważnym zagadnieniem związanym z prawidłową i rzetelną oceną jakości wód powierzchniowych jest konieczność opisywania nowych taksonów wraz z ich autekologią oraz stałego aktualizowania danych dotyczących zakresów tolerancji wobec warunków środowiska wodnego okrzemek wykorzystywanych w naukowych podstawach biomonitoringu. Program OMNIDIA jest jednym z głównych narzędzi wykorzystywanych do oceny jakości wód powierzchniowych. W swojej bazie danych program ten zawiera informacje o ponad 24 tysiącach gatunków okrzemek wraz z przypisanymi im ekologicznymi wartościami wskaźnikowymi, które są wykorzystywane podczas wyliczania indeksów okrzemkowych. Jednym z głównych systemów klasyfikacji ekologicznej stanowiącym część bazy danych programu OMNIDIA jest system Van Dama i współautorów z 1994 roku. System ten klasyfikuje taksony okrzemek w odniesieniu do siedmiu cech opisujących warunki środowiska wodnego. Pomimo, iż w ostatnich latach wielu autorów opisując nowe gatunki podaje również informacje o ich autekologii, dane te nie są na bieżąco aktualizowane w bazie OMNIDIA. Z tego powodu ocena stanu środowiska wodnego wykonana za pomocą tego programu może być obarczona błędem. Dlatego niezbędna jest wielowątkowa analiza autekologii okrzemek na podstawie której będzie można przypisywać lub ustanawiać nowe ekologiczne wartości wskaźnikowe dla okrzemek wykorzystywanych w ocenia jakości środowiska wodnego. Ekosystemy wodne pochodzenia antropogenicznego, które powstały w wyniku eksploatacji kopalin mineralnych charakteryzują się specyficznymi oraz unikalnymi warunkami środowiskowymi. Panujące w nich warunki hydrogeochemiczne kształtują zbiorowiska okrzemek nie występujące w innych, naturalnego pochodzenia, ekosystemach wód powierzchniowych. Dlatego też, stanowią one doskonałe obiekty badań autekologii oraz taksonomii tej grupy glonów. Zbiorowiska okrzemek występujące w zbiornikach poeksploatacyjnych badane były dotychczas w celu prześledzenia zmian klimatycznych zachodzących w czasie lub określenia różnorodności gatunkowej. Badania zbiorowisk okrzemek takich ekosystemów dają możliwości weryfikacji lub ustanowienia nowych ekologicznych wartości wskaźnikowych gatunkom dla nich charakterystycznym. W celu zbadania różnorodności, zmienności międzygatunkowej i wewnątrzgatunkowej okrzemek, oraz ich autekologii wytypowano trzy obiekty hydrologiczne powstałe w wyniku działalności człowieka. Każdy z badanych obiektów wyróżniał się innymi warunkami środowiskowymi: kompleks hydrologiczny Pełczyska charakteryzował się wysokim stężeniem jonów chlorkowych oraz wysokim przewodnictwem elektrolitycznym wody; kompleks zbiorników w Łęczycy charakteryzował się wysokim odczynem wody oraz najniższym stężeniem jonów wodorowęglanowych; natomiast zbiornik Bogdałów charakteryzował się alkaicznym odczynem wody oraz najniższym stężenie jonów K+, Cl– i NH4+. Zasadniczą częścią badań było (1) zbadanie zmienności wewnątrzgatunkowej i międzygatunkowej oraz (2) zbadanie autekologii okrzemek występujących w zbiornikach wodnych powstałych w wyniku górniczej działalności człowieka. W tym celu poddano analizie 62 próby okrzemkowe z wyznaczonych obiektów hydrologicznych i 31 prób wody w celu analizy parametrów fizycznych i chemicznych. Kompleks hydrologiczny Pełczyska poddany był dodatkowej analizie mającej na celu określenie zmian w strukturze zbiorowisk okrzemek w okresie 50 lat z wykorzystaniem prób archiwalnych. W pracy zastosowano następujące analizy matematyczne: analiza MDS, nMDS, HCA, Shade Plot, SIMPER oraz PCA. Do opracowania wyników analiz struktury zbiorowisk okrzemek oraz danych o parametrach fizycznych i chemicznych wykorzystano programy PRIMER 7.0.13 i STATISTICA 13. Autekologia okrzemek została opracowana na podstawie danych z programu OMNIDIA 6.0.6. Szczegółowa analiza zbiorowisk okrzemek oraz danych chemicznych wody kompleksu hydrologicznego Pełczyska wykazała, iż w okresie 50 lat wraz ze spadającym stężeniem jonów chlorkowych zmieniła się struktura zbiorowisk okrzemek. Ponadto odnotowano w nim gatunki okrzemek typowe dla wód brakicznych i morskich. Zaproponowano rozszerzenie skali zasolenia, z 4 do 7 stopniowej, wykorzystywanej w programie OMNIDIA oraz ustalenie nowych ekologicznych wartości wskaźnikowych związanych z zasoleniem wody dla wybranych gatunków okrzemek: Halamphora tenerrima, Parlibellus crucicula, Staurophora salina, Halamphora dominici, H. subsalina, Achnanthes brevipes, Navicula perminuta i Opephora mutabilis. Analiza zmienności międzygatunkowej w badanych ekosystemach, z wykorzystaniem technik mikroskopii świetlnej oraz skaningowej mikroskopie elektronowej, wykazała zróżnicowanie w budowie morfologicznej Discostella woltereckii oraz D. stelligera oraz potwierdziła występowanie obu gatunków w jednym środowisku. Dane te wzbogaciły wiedze o autekologii tych gatunków oraz zweryfikowały negatywnie informację o tym, iż cechą różnicująco oba gatunki jest środowisko, w którym występują. Szeroka zmienności wewnątrzgatunkowa obserwowana w strukturze zbiorowisk okrzemek w badanych ekosystemach umożliwiła szczegółową analizę zmienności morfologicznej wybranych gatunków. Na podstawie szczegółowych obserwacji budowy morfologicznej okazów z materiału typowego oraz wybranych populacji gatunków okrzemek opisano dwa nowe dla nauki gatunki: Chamaepinnularia plinskii Żelazna-Wieczorek & Olszyński z kompleksu hydrologicznego Pełczyska oraz Aulacoseira pseudomuzzanensis Olszyński & Żelazna-Wieczorek z kompleksu zbiorników w Łęczycy. Specyficzne warunki środowiskowe panujące w badanych obiektach hydrologicznych umożliwiły zbadanie autekologii zbiorowisk okrzemek w nich występujących. Z 381 taksonów odnotowanych w wytypowanych do badań obiektach hydrologicznych wskazano 38 gatunków dla nich charakterystycznych. Wykorzystując wielowątkowe podejście w celu weryfikacji autekologii gatunków charakterystycznych obejmujące analizę warunków środowiskowych panujących w badanym ekosystemie, analizę ekologii gatunków w oparciu o piśmiennictwo oraz określenie warunków środowiskowych na podstawie znanej już autekologii gatunków współwystępujących, dla 16 taksonów okrzemek charakterystycznych ustanowiono lub zmieniono 36 ekologicznych wartości wskaźnikowych w klasyfikacji Van Dama i współautorów.Dotacja celowa na działalność związaną z prowadzeniem badań naukowych lub prac rozwojowych oraz zadań z nimi związanych, służących rozwojowi młodych naukowców oraz uczestników studiów doktoranckich pod tytułem Autekologia okrzemek bentosowych w zbiornikach powyrobiskowych. Kod projektu: B1511000000962.02, 2015. Dotacja celowa na działalność związaną z prowadzeniem badań naukowych lub prac rozwojowych oraz zadań z nimi związanych, służących rozwojowi młodych naukowców oraz uczestników studiów doktoranckich pod tytułem Weryfikacja zakresów tolerancji okrzemek wobec wybranych parametrów środowiska wodnego. Kod projektu: B1611000001141.02, 2016. Dotacja celowa na działalność związaną z prowadzeniem badań naukowych lub prac rozwojowych oraz zadań z nimi związanych, służących rozwojowi młodych naukowców oraz uczestników studiów doktoranckich pod tytułem Różnorodność gatunkowa i autekologia okrzemek w ekosystemach pochodzenia antropogenicznego. Kod projektu: B1711000001490.02, 2017

Rats that learn to vocalize for food reward emit longer and louder appetitive calls and fewer short aversive calls.

Rats are social animals that use ultrasonic vocalizations (USV) in their intraspecific communication. Several types of USV have been previously described, e.g., appetitive 50-kHz USV and aversive short 22-kHz USV. It is not fully understood which aspects of the USV repertoire play important functions during rat ultrasonic exchange. Here, we investigated features of USV emitted by rats trained in operant conditioning, is a form of associative learning between behavior and its consequences, to reinforce the production/emission of 50-kHz USV. Twenty percent of the trained rats learned to vocalize to receive a reward according to an arbitrarily set criterion, i.e., reaching the maximum number of proper responses by the end of each of the last three USV-training sessions, as well as according to a set of measurements independent from the criterion (e.g., shortening of training sessions). Over the training days, these rats also exhibited: an increasing percentage of rewarded 50-kHz calls, lengthening and amplitude-increasing of 50-kHz calls, and decreasing number of short 22-kHz calls. As a result, the potentially learning rats, when compared to non-learning rats, displayed shorter training sessions and different USV structure, i.e. higher call rates, more rewarded 50-kHz calls, longer and louder 50-kHz calls and fewer short 22-kHz calls. Finally, we reviewed the current literature knowledge regarding different lengths of 50-kHz calls in different behavioral contexts, the potential function of short 22-kHz calls as well as speculate that USV may not easily become an operant response due to their primary biological role, i.e., communication of emotional state between conspecifics

Increased Vocalization of Rats in Response to Ultrasonic Playback as a Sign of Hypervigilance Following Fear Conditioning

We investigated the effects of prior stress on rats’ responses to 50-kHz (appetitive) and 22-kHz (aversive) ultrasonic playback. Rats were treated with 0, 1, 6 or 10 shocks (1 s, 1.0 mA each) and were exposed to playbacks the following day. Previous findings were confirmed: (i) rats moved faster during 50-kHz playback and slowed down after 22-kHz playback; (ii) they all approached the speaker, which was more pronounced during and following 50-kHz playback than 22-kHz playback; (iii) 50-kHz playback caused heart rate (HR) increase; 22-kHz playback caused HR decrease; (iv) the rats vocalized more often during and following 50-kHz playback than 22-kHz playback. The previous shock affected the rats such that singly-shocked rats showed lower HR throughout the experiment and a smaller HR response to 50-kHz playback compared to controls and other shocked groups. Interestingly, all pre-shocked rats showed higher locomotor activity during 50-kHz playback and a more significant decrease in activity following 22-kHz playback; they vocalized more often, their ultrasonic vocalizations (USV) were longer and at a higher frequency than those of the control animals. These last two observations could point to hypervigilance, a symptom of post-traumatic stress disorder (PTSD) in human patients. Increased vocalization may be a valuable measure of hypervigilance used for PTSD modeling

S2 Fig -

Changes in the percentage of rewards rats obtained and the duration of training sessions in operant-conditioning protocols 1–6 with vocalization emissions (A-I) or nosepokes (J-L) as rewarded responses. Rats could obtain a maximum of 10 or 30 rewards in one training session. A training session was terminated when a rat obtained the maximum number of rewards or the trial time exceeded 15 min. A. Protocol 1 (see also Fig 1 and Table 1 for protocols’ description): Food-restricted (95% initial body weight) rat was trained for 10 sessions, with a maximum of 10 rewards. B. Protocol 2: Conditions from Protocol 1 were modified by increasing food deprivation to 90% and extending training to 14 sessions. C. Protocol 3: Conditions from Protocol 2 were modified by adding 2 vocalization-eliciting stimuli: bedding from a cagemate and USV playback. D. Protocol 4: Conditions from Protocol 3 were modified by increasing the maximum number of rewards to 30. E. Protocol 5: Conditions from Protocol 4 were modified by performing training sessions in the dark phase instead of the light phase. F. Protocol 6: Conditions from Protocol 5 were modified by using habituation to the experimental cage (4 sessions before training) and reducing the training to 7 sessions. G. Protocol 6: Conditions were the same as in F, with habituation and training in a cage identical to the home cage. In all protocols, there was no overall increase in the number of rewards obtained (A, B, D, E, F), rather a decrease was observed (C: p H. Percent of rewards obtained during training from all protocols (1–6, A-G) pooled together; there was a decrease in the number of rewards (days 1–7: p S2b Table). I. Duration of training sessions from all protocols (1–6, A-G) showed no change in time (days 1–7: p = 0.7292, Friedman; p = 0.2324, Wilcoxon; days 1–10: p = 0.4746, Friedman; p = 0.7500, Wilcoxon; days 1–14: p = 0.9648, Friedman; p = 0.5412, Wilcoxon, S2b Table). J. Percent of rewards obtained by rats in nosepoke-conditioning. The majority of rats, initially trained in protocols 2 (n = 8), 5 (n = 8), and 6 (n = 20) obtained 100% of the rewards in the first nosepoke-training session (27/28 in the 30-reward protocol, 8/8 in the 10-reward protocol), which was maintained to the end of training. K. Duration of the nosepoke-training sessions decreased for both 10 (p S2c Table). L. Number of nosepokes during test sessions significantly decreased in subsequent test sessions for both maxima of 10 rewards (p = 0.0099, Friedman, p = 0.0391, Wilcoxon) and 30 rewards protocols (p S2d Table). The bars (A-H, J, L) and line plots (I, K) represent the mean ± SEM. The dots represent individual values for each rat. *p S2 Table. (TIF)</p

Session duration in NL and PL rats.

Rats are social animals that use ultrasonic vocalizations (USV) in their intraspecific communication. Several types of USV have been previously described, e.g., appetitive 50-kHz USV and aversive short 22-kHz USV. It is not fully understood which aspects of the USV repertoire play important functions during rat ultrasonic exchange. Here, we investigated features of USV emitted by rats trained in operant conditioning, is a form of associative learning between behavior and its consequences, to reinforce the production/emission of 50-kHz USV. Twenty percent of the trained rats learned to vocalize to receive a reward according to an arbitrarily set criterion, i.e., reaching the maximum number of proper responses by the end of each of the last three USV-training sessions, as well as according to a set of measurements independent from the criterion (e.g., shortening of training sessions). Over the training days, these rats also exhibited: an increasing percentage of rewarded 50-kHz calls, lengthening and amplitude-increasing of 50-kHz calls, and decreasing number of short 22-kHz calls. As a result, the potentially learning rats, when compared to non-learning rats, displayed shorter training sessions and different USV structure, i.e. higher call rates, more rewarded 50-kHz calls, longer and louder 50-kHz calls and fewer short 22-kHz calls. Finally, we reviewed the current literature knowledge regarding different lengths of 50-kHz calls in different behavioral contexts, the potential function of short 22-kHz calls as well as speculate that USV may not easily become an operant response due to their primary biological role, i.e., communication of emotional state between conspecifics.</div

Percentage of short 22-kHz USV in the total number of USV in rats with 7 (AB) or 14 (CD) training days during training (AC) and test (BD) sessions.

A. Percent of short 22-kHz USV in rats with habituation and 7 training sessions. B. Percent of short 22-kHz USV emitted by 7-days-trained rats in test sessions. C. Percent of short 22-kHz USV in rats with 14 training sessions. D. Percent of short 22-kHz USV emitted by 14-days-trained rats in test sessions. Overall, the percentage of 22-kHz USV was lower in PL-SUM rats in comparison with NL rats. The line plots (A-D) represent the mean ± SEM. * PL-SUM vs. NL-SUM; # PL-SUM vs. NL-0; PL-SUM vs. NL-SUM/0, & NL-SUM/0 vs. NL-0; one character (*, #, or &) p S9 Table.</p

Percent of short 22-kHz USV in all USV.

Rats are social animals that use ultrasonic vocalizations (USV) in their intraspecific communication. Several types of USV have been previously described, e.g., appetitive 50-kHz USV and aversive short 22-kHz USV. It is not fully understood which aspects of the USV repertoire play important functions during rat ultrasonic exchange. Here, we investigated features of USV emitted by rats trained in operant conditioning, is a form of associative learning between behavior and its consequences, to reinforce the production/emission of 50-kHz USV. Twenty percent of the trained rats learned to vocalize to receive a reward according to an arbitrarily set criterion, i.e., reaching the maximum number of proper responses by the end of each of the last three USV-training sessions, as well as according to a set of measurements independent from the criterion (e.g., shortening of training sessions). Over the training days, these rats also exhibited: an increasing percentage of rewarded 50-kHz calls, lengthening and amplitude-increasing of 50-kHz calls, and decreasing number of short 22-kHz calls. As a result, the potentially learning rats, when compared to non-learning rats, displayed shorter training sessions and different USV structure, i.e. higher call rates, more rewarded 50-kHz calls, longer and louder 50-kHz calls and fewer short 22-kHz calls. Finally, we reviewed the current literature knowledge regarding different lengths of 50-kHz calls in different behavioral contexts, the potential function of short 22-kHz calls as well as speculate that USV may not easily become an operant response due to their primary biological role, i.e., communication of emotional state between conspecifics.</div

Examples of short 22-kHz USV.

Emitted by non-learning rats (Nos. 1–3) and potentially learning rats (Nos. 4–6) during the first and last training sessions (first two columns) as well as the first and last test sessions (latter two columns). (TIF)</p

Groups and subgroups of rats determined by the number of rewards achieved.

Groups and subgroups of rats determined by the number of rewards achieved.</p